20種類の翻訳因子の持続的な再生産を達成 ~自律的に増殖し続ける人工細胞の構築に期待~

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2025-04-04 東京大学,理化学研究所,科学技術振興機構

東京大学大学院総合文化研究科と理化学研究所の研究チームは、生命の自己複製に必要な20種類のアミノアシルtRNA合成酵素(aaRS)を、試験管内で持続的に再生産する無細胞システムの開発に成功しました。これは、完全な自己増殖型人工細胞の実現に向けた重要な進展です。研究では、aaRS遺伝子の最適化や発現バランス調整など5つの技術的改良を組み合わせ、翻訳活性を維持することに成功。今後は医薬品や物質の効率的かつ制御された生産への応用が期待されます。

<関連情報>

アミノアシルtRNA合成酵素20種の再構成系における持続的再生と自己合成人工系の構築 Sustainable regeneration of 20 aminoacyl-tRNA synthetases in a reconstituted system toward self-synthesizing artificial systems

Katsumi Hagino, Keiko Masuda, Yoshihiro Shimizu, and Norikazu Ichihashi
Science Advances  Published:2 Apr 2025
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adt6269

20種類の翻訳因子の持続的な再生産を達成 ~自律的に増殖し続ける人工細胞の構築に期待~

Abstract

In vitro construction of self-reproducible artificial systems is a major challenge in bottom-up synthetic biology. Here, we developed a reconstituted system capable of sustainably regenerating all 20 aminoacyl-transfer RNA synthetases (AARS), which are major components of the translation system. To achieve this, we needed five types of improvements: (i) optimization of AARS sequences for efficient translation, (ii) optimization of the composition of the translation system to enhance translation, (iii) employment of another bacterial AlaRS and SerRS to improve each aminoacylation activity, (iv) diminishing the translational inhibition caused by certain AARS sequences by codon optimization and EF-P addition, and (v) balancing the DNA concentrations of 20 AARS to match each requirement. After these improvements, we succeeded in the sustainable regeneration of all 20 AARS for up to 20 cycles of 2.5-fold serial dilutions. These methodologies and results provide a substantial advancement toward the realization of self-reproducible artificial systems.

生物工学一般
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